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MEMS 基礎(chǔ)知識(shí)
發(fā)布時(shí)間:2011-08-16 閱讀量:4864 來(lái)源:我愛(ài)方案網(wǎng) 作者:benchen
MEMS解釋
MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是微機(jī)電系統(tǒng)的縮寫(xiě)。MEMS是美國(guó)的叫法,在日本被稱(chēng)為微機(jī)械,在歐洲被稱(chēng)為微系統(tǒng)。


MEMS主要包括微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等幾部分,它是在融合多種微細(xì)加工技術(shù),并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高科技前沿學(xué)科。
 
MEMS 技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè),采用MEMS技術(shù)制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機(jī)械光學(xué)器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航 空、航天、汽車(chē)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。MEMS技術(shù)正發(fā)展成為一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè),就象近 20年來(lái)微電子產(chǎn)業(yè)和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)給人類(lèi)帶來(lái)的巨大變化一樣,MEMS也正在孕育一場(chǎng)深刻的技術(shù)變革并對(duì)人類(lèi)社會(huì)產(chǎn)生新一輪的影響。目前MEMS市場(chǎng)的主導(dǎo) 產(chǎn)品為壓力傳感器、加速度計(jì)、微陀螺儀、墨水噴咀和硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)頭等。大多數(shù)工業(yè)觀察家預(yù)測(cè),未來(lái)5年MEMS器件的銷(xiāo)售額將呈迅速增長(zhǎng)之勢(shì),年平均增加率約 為18%,因此對(duì)對(duì)機(jī)械電子工程、精密機(jī)械及儀器、半導(dǎo)體物理等學(xué)科的發(fā)展提供了極好的機(jī)遇和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

微機(jī)電系統(tǒng)MEMS是一種全新的必須同時(shí)考慮多種物理場(chǎng)混合作用的研發(fā)領(lǐng)域,相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械,它們的尺寸更小,最大的不超過(guò)一個(gè)厘米,甚至僅僅為幾個(gè)微米,其厚度就更加微小。采用以硅為主的材料,電氣性能優(yōu)良,硅材料的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng),密度與鋁類(lèi)似,熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢。采用與集成電路 (IC)類(lèi)似的生成技術(shù),可大量利用IC生產(chǎn)中的成熟技術(shù)、工藝 ,進(jìn)行大批量、低成本生產(chǎn),使性?xún)r(jià)比相對(duì)于傳統(tǒng)“機(jī)械”制造技術(shù)大幅度提高。

完整的MEMS是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。其目標(biāo)是把信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起,組成具有多功能的微型系統(tǒng),集成于大尺寸系統(tǒng)中,從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化和可靠性水平。

MEMS芯片外的封裝級(jí)設(shè)計(jì)考慮
MEMS器件的封裝形式是把基于MEMS的系統(tǒng)方案推向市場(chǎng)的關(guān)鍵因素。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)今基于MEMS的典型產(chǎn)品中,封裝成本幾乎占去了所有物料和組裝成 本的20%~40%。由于生產(chǎn)因素的影響,使得封裝之后的測(cè)試成本比器件級(jí)的測(cè)試成本更高,這就使MEMS產(chǎn)品的封裝選擇和設(shè)計(jì)更加重要。

MEMS器件設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在開(kāi)始每項(xiàng)設(shè)計(jì)前,以及貫穿在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中都必須對(duì)封裝策略和如何折中進(jìn)行考慮和給與極大的關(guān)注。許多MEMS產(chǎn)品供應(yīng)商都會(huì)把產(chǎn)品封裝作為進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主要產(chǎn)品差異和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

MEMS封裝選擇規(guī)則
設(shè)計(jì)MEMS器件的封裝往往比設(shè)計(jì)普通集成電路的封裝更加復(fù)雜,這是因?yàn)楣こ處煶3R裱恍╊~外的設(shè)計(jì)約束,以及滿(mǎn)足工作在嚴(yán)酷環(huán)境條件下的需求。器件應(yīng)該能夠在這樣的嚴(yán)苛環(huán)境下與被測(cè)量的介質(zhì)非常明顯地區(qū)別開(kāi)來(lái)。這些介質(zhì)可能是像干燥空氣一樣溫和,或者像血液、散熱器輻射等一樣嚴(yán)苛。其他的介質(zhì)還包括進(jìn)行測(cè)量時(shí)的環(huán)境,例如,沖擊、震動(dòng)、溫度變化、潮濕和EMI/RFI等。

首先,MEMS器件的封裝必須能夠和環(huán)境進(jìn)行相互影響。例如,壓力傳感器的壓力輸入、血液處理器件的流體入口等。MEMS器件的封裝也必須滿(mǎn)足其他一些機(jī)械和散熱裕量要求。作為MEMS器件的輸出,可能是機(jī)械電機(jī)或壓力的變化,因此,封裝的機(jī)械寄生現(xiàn)象就有可能與器件的功能相互影響和干擾。
例如,在壓阻傳感器內(nèi),封裝應(yīng)力就會(huì)影響傳感器的輸出。當(dāng)封裝中不同材料混合使用時(shí),它們的膨脹和收縮系數(shù)不同,因此,這些變化引起的應(yīng)力就附加在傳感器的壓力值中。在光學(xué)MEMS器件中,由于沖擊、震動(dòng)或熱膨脹等原因而產(chǎn)生的封裝應(yīng)力會(huì)使光器件和光纖之間的對(duì)準(zhǔn)發(fā)生偏移。在高精度加速度計(jì)和陀螺儀中,封裝需要和MEMS芯片隔離以?xún)?yōu)化性能。
 

 



MEMS產(chǎn)品應(yīng)用
1.任天堂的Wii
搭載運(yùn)動(dòng)傳感器(Motion sensor)的 Wii 手柄采用了ST的3軸加速度傳感器。
2.Guitar Hero: World Tour
游戲吉他中使用了飛思卡爾公司的MMA7360L三軸加速計(jì)
3.iPhone
iPhone將使用MEMS陀螺儀,iPhone可以在很多應(yīng)用中使用該技術(shù),比如保齡球、高爾夫等運(yùn)動(dòng)游戲。
另外,該項(xiàng)技術(shù)還可以將iPhone和桌面PC游戲結(jié)合在一起。任天堂和索尼都已經(jīng)使用該項(xiàng)技術(shù)做為和其它系統(tǒng)相連的游戲控制器,蘋(píng)果也已經(jīng)將iPhone用作Mac筆記本的遙控設(shè)備,因此,我們可能很快就可以看到蘋(píng)果將iPhone用作PC上的游戲控制設(shè)備。
4.奧林巴斯數(shù)碼相機(jī) u1050SW
奧林巴斯新近推出一款數(shù)碼相機(jī),使用者可通過(guò)敲擊LCD顯示屏或機(jī)身外殼來(lái)改變?cè)O(shè)置、拍照和查 看拍攝的照片。例如,當(dāng)使用者在滑雪坡道上拍照時(shí),無(wú)需脫下手套即可操作相機(jī)。另外,該款隸屬“u-SW”系列的編號(hào)“u1050SW”的相機(jī),具有增強(qiáng) 的防水、防塵和防撞擊特點(diǎn)。
5.MEMS麥克風(fēng)
國(guó)內(nèi)主要的MEMS麥克風(fēng)生產(chǎn)廠家有:山東歌爾聲學(xué)、蘇州敏芯(Suzhou MEMSensing Microsystems)、深圳瑞聲(AAC Acoustic Technologies )
6.GPS輔助導(dǎo)航
MEMS壓力傳感器可以使GPS導(dǎo)航更精確,Sensor Platforms公司和其它供應(yīng)商都在開(kāi)發(fā)集成有MEMS航位推算功能的系統(tǒng),這樣你的導(dǎo)航系統(tǒng)就可以跟隨你進(jìn)入建筑物內(nèi)(甚至是地鐵)而不迷路。其它 的開(kāi)發(fā)者在開(kāi)發(fā)把GPS、相機(jī)、MEMS傳感器集成在一個(gè)平臺(tái),這樣導(dǎo)航系統(tǒng)不但知道使用者身處何處,還知道使用者看到些什么,這樣屏幕上的數(shù)據(jù)交互以確 定你尋找的建筑物。
7.噴墨打印機(jī)的噴墨頭
明基電通(BenQ)日前發(fā)表新一代應(yīng)用微機(jī)電(MEMS)整合之噴墨單芯片產(chǎn)品,這是該公司自2005年起執(zhí)行工業(yè)局前瞻應(yīng)用主導(dǎo)性新產(chǎn)品計(jì)劃的研究成果,隨著新一代產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)完成,明基希望能藉此開(kāi)拓更多打印機(jī)ODM代工的商業(yè)機(jī)會(huì)。
8.玩具
玩具也裝配有MEMS器件。在其動(dòng)作傳感游戲桿之外,Jakks Pacific最近推出了一系列帶有動(dòng)作傳感的加速度計(jì)的低價(jià)玩具,例如,仙女玩具組合中的帶有動(dòng)作傳感的魔杖。
9.硬盤(pán)跌落保護(hù)
10.MEMS微型投影儀

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